PENUMBUHAN FILM Ba xSr1-xTiO 3 DAN BaFeSrTiO 3 DAN OBSERVASI SIFAT FERROELEKTRIKNYA
Oleh: CUCU SUNANDAR G 74101031
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
PENUMBUHAN FILM Ba xSr1-xTiO 3 DAN BaFeSrTiO 3 DAN OBSERVASI SIFAT FERROELEKTRIKNYA
Oleh: CUCU SUNANDAR G 74101031
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
ABSTRAK CUCU SUNANDAR. Penumbuhan Film Bax Sr1- xTiO 3 dan BaFeSrTiO 3 dan Observasi Sifat Ferroelektriknya. Dibimbing oleh HANEDI DARMASETIAWAN.
Hasil uji ferroelektrik menunjukkan bahwa semua sampel memiliki sifat ferroelektrik. Suhu annealing mempengaruhi nilai polarisasi remanen dan medan koersif sampel. Semakin tinggi suhu annealing maka nilai polarisasi remanen dan medan koersifnya akan semakin kecil karena ukuran butir yang semakin kecil. Suhu annealing memberikan pengaruh yang dominan terhadap nilai medan koersif dan polarisasi remanen. Hal ini karena semakin tinggi suhu annealing , semakin besar grain size yang dihasilkan menyebabkan medan koersif dan polarisasi remanennya sampel akan semakin tinggi. Suhu annealing yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan sampel men galami kerusakan yang mengakibatkan menurunnya nilai medan koersif dan polarisasi remanen sampel. Sampel film yang ditumbuhkan pada substrat Pt(200)/SiO 2/Si(100), penambahan bahan pendadah menjadikan nilai medan koersif dan tegangan jatuh (breakdown volatge) film meningkat. Sedangkan untuk substrat Si(100) tipe-p, penambahan bahan pendadah tidak terlihat jelas karena sampel telah mengalami kerusakan. Kata kunci: BST, BFST, Ferroelektrik, Annealing
PENUMBUHAN FILM Ba xSr1 -xTiO 3 DAN BaFeSrTiO 3 DAN OBSERVASI SIFAT FERROELEKTRIKNYA
Skripsi
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains pada Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Oleh:
CUCU SUNANDAR G 74101031
PROGRAM STUDI FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2006
LEMBAR PENGESAHAN
Judul : Penumbuhan Film BaxSr 1-xTiO 3 dan BaFeSrTiO 3 dan Observasi Sifat Ferroelektriknya Nama : Cucu Sunandar NRP
: G74101031
Menyetujui Pembimbing Utama
Ir. Hanedi Darmasetiawan, MS NIP 130 367 084
Mengetahui, Dekan Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Pertanian Bogor
Dr. Ir. Yonny Koesmaryono, MS NIP 131 473 999 Tanggal Lulus:
RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jakarta pada tanggal 19 Juli 1983 sebagai anak ke-4 dari 4 bersaudara dari pasangan Inan Fachrudin dan Nyai Sukaenah. Tahun 2001 penulis lulus dari SMA Negeri 47 Jakarta dan pada tahun yang sama lulus seleksi masuk IPB melalui jalur Undangan Seleksi Masuk IPB. Penulis memilih Program Studi Fisika, Departemen Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam. Selama mengikuti perkuliahan, penulis pernah aktif sebagai staf Departemen Olah Raga dan Seni Badan Eksekutif Himpunan Mahasiswa Fisika IPB (BE HIMAFI) periode 2002 -2004. Penulis juga pernah menjadi asisten Fisika Dasar dan Fisika Umum pada tahun 2002-2005 dan asisten praktikum Eksperimen Fisika II pada tahun 2004. Selain itu, penulis juga aktif mengajar, baik pada lembaga ataupun privat.
PRAKATA Alhamdulillahirobbil’alamin, puji dan syukur penulis panjatkan hanya kepada Allah SWT, kebenaran mutlak alam semesta beserta isinya. Sholawat serta salam semoga tercurah kepad Rasulullah SAW. Dengan rahmat-Nya p enulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul ”Penumbuhan Film Tipis BaxS r1-xTiO3 dan BaFeSrTiO 3 dan Observasi Sifat Ferroelektriknya” sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Sains (S.Si) pada Departemen Fisika. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada pihak-pihak yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikannya, diantara: § Bapak Ir. Hanedi Darmasetiawan M.S. selaku dosen pembimbing atas kesabaran, keikhlasan dan arahannya dalam membimbing penulis. § Bapak Dr. Irzaman, Bapak Dr. Muhammad Hikam, Ibu Yovent, Kang Tedi, Mba Titis atas diskusi, bimbingan dan dorongan semangatnya pada penulis. § Bapak DR. Darsikin dan Bapak Dr. Ida Usman di Laboratorium Fisika Material (Fismatel) Departemen Fisika ITB. § Bapak Muhammad Nur Indro M.Sc. dan Ibu Mersi Kurniati M. Si sebagai penguji atas kritikan dan masukan yang telah diberikan. § Pak Musiran, Pak Firman, Pak Toni dan Pak Maulana atas bantuannya selama proses penelitian. § Bapak dan Mamah atas kasih sayang dan do’a tulusnya yang tak terbatas. Semoga Allah membalasnya dengan segala kebaikan-Nya... § Keluarga Irwan Kusmadi, Keluarga Wendi Ismayadi dan Keluarga Adi Wijaya atas do’a dan dukungannya, baik dukungan dana maupun nasihat-nasihatnya. § Ketiga keponakanku; Puput, Kaka dan Sheva at as kecerian yang tak ternilai. § Yayang ”syukron ala syaqotika wamusaaditika warojaika lii,anti hayaatii, anti ashaabibi” § Keluarga Wa’ Dade, Keluarga Mang Ujang dan Keluarga Mang Pudin, terima kasih doanya. § Ibu Lilis Aisyah, atas doa dan dukungan morilnya. § Ainul, Yei, G_Ret Co., Mogie, Thanks for everythings.. § D’ LuxStyle’ers dan D’ Warko’ers (Yogi, Joko Soe, Luki, Joe Wawe & Ricki), terima kasih atas malam-malam yang indah bersama… § MAFIA 38 atas kebersamaannya. § MAFIA 36, 37, 39, 40 dan Instek 39. § Semua pihak yang ikut berperan dalam penyusunan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa penyusunan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Oleh karena itu penulis mengharapkan masukan baik kritikan, saran maupun koreksi yang sifatnya membangun. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat. Wassalamu’alaikum Wr. Wb
Bogor, Juni 2006
Cucu Sunandar
DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................................................
i
PRAKATA ........................................................................................................................................ DAFTAR ISI............................................................................................. ..............................
ii iii
PENDAHULUAN Tujuan Penelitian........ ............................................................................................. TINJAUAN PUSTAKA
1
Bahan Ferroelektrik............ ............................................................................................
1
Domain...............................................................................................................................
2
Polarisasi Spontan (Ps)....................................................................................................
2
Polarisasi Remanen (Pr) ..................................................................................................
2
Medan Koersif (Ec)..........................................................................................................
2
Bahan Barium Titanat (BaTiO 3) .............................................................................. Bahan Barium Stronsium Titanat (BST)...................................... ............................
2 2
Bahan Pendadah........................................................................... ............................
3
Besi Oksida (Fe2O 3)............................................................... ................................... BAHAN DAN METODE
3
Tempat dan Waktu Penelitian...................................................................................
3
Bahan dan Alat.............................................................. ............................................
3
Pembuatan Film 1. Pembuatan Larutan BST dan BFST .............................. ..............................
3
2. Persiapan Substrat........................................................................................
4
3. Proses Penumbuhan Film....................................... ...................................... 4. Proses Annealing............................................................. ............................
4 4
Karakterisasi............................................................................... ..............................
4
X-Ray Diffraction (XRD)............................................. ..............................................
4
Uji Ferroelektrik ........................................... .............................................................
4
HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Uji XRD..................................................................................................................
5
Hasil Uji Ferroelektrik....................................................................................................
5
KESIMPULAN dan SARAN Kesimpulan .......................................................................................................................
10
Saran................................................................................................................................... DAFTAR PUSTAKA............................................. ................................ ................................
10 11
LAMPIRAN ......................................................................................................................................
12
DAFTAR GAMBAR 1.
Kurva histerisis ........................................................................................................
1
2.
Struktur kristal BaTiO 3 ...........................................................................................
2
3.
Struktur kristal Bax Sr1-xTiO 3 ..................................................................................
3
4.
Proses annealing......................................................................................................
4
5.
Struktur uji ferroelektrik.........................................................................................
4
6.
Hasil XRD BST dan BFTS untuk: (a) substrat Pt (200)/SiO 2/Si (100) dan (b) substrat Si (100) .............................
7.
Kurva histerisis BST 1 M pada substrat Pt (200)/SiO 2 /Si (100) dengan suhu annealing (a) 900 oC (b) 950 oC (c) 1000 oC ................................
8.
6
Kurva histerisis BST 1 M pada substrat Pt (200)/SiO 2 /Si (100) terhadap variasi (a) tegangan eksternal dan (b) suhu annealing...................
9.
5
7
Kurva histerisis BST 1 M pada substrat Si (100) tipe-p dengan suhu annealing (a) 900 oC (b) 950 oC (c) 1000 oC ................................
7
10. Kurva histerisis BST 1 M pada substrat Si (100) terhadap variasi (a) tegangan eksternal dan (b) suhu annealing....................
8
11. Kurva histerisis BFST 1 M 10 % pada substrat Pt (200)/SiO 2 /Si (100) dengan suhu annealing (a) 900 oC (b) 950 oC (c) 1000 oC ............................................................................
8
12. Kurva histerisis BFST 1 M 10 % pada substrat Pt (200)/SiO 2 /Si (100) terhadap variasi (a) tegangan eksternal dan (b) suhu annealing...............................................
9
13. Kurva histerisis BFST 1 M 10 % pada substrat Si (100) tipe-p dengan suhu annealing (a) 900 oC (b) 950 oC (c) 1000 oC ....................................
9
14. Kurva histerisis BFST 1 M 10 % pada substrat Si (100) terhadap variasi (a) tegangan eksternal dan (b) suhu annealing.......................
10
DAFTAR TABEL Tabel 1 Sampel yang dibuat dalam penelitian ............................................................
5
Tabel 2 Hasil pehitungan parameter kisisampel BST dan BFST ...........................
5
DAFTAR LAMPIRAN 1. Diagram Tahap Penelitian..........................................................................................
13
2. Data ICDD (International Centre for Diffraction Data) ......................................
14
3. Perhitungan parameter kisi BST-Pt-900..................................................................
15
4. Perhitungan parameter kisi BST-Pt-1000 ............................................................... 5. Perhitungan parameter kisi BFST-Pt-900 ...............................................................
15 16
6. Perhitungan parameter kisi BFST-Pt-950 ...............................................................
16
PENDAHULUAN Film tipis ferroelektrik banyak digunakan dalam aplikasi untuk piranti elektrooptik dan elektronik. Beberapa material film tipis ferroelektrik yang penting antara lain BaSrTiO 3, PbTiO 3, Pb(ZrxT i1-X)O 3, SrBiTaO 3 , Pb(Mg1/3 Nb2/3)O 3 dan Bi4Ti 3O12. Aplikasiaplikasi film tipis ferroelektrik menggunakan sifat dielektrik, pyroelektrik, dan elektrooptik yang khas dari bahan ferroelektrik. Sebagian dari aplikasi elektronik yang paling utama dari film tipis ferroelektrik di antaranya: nonvolatile memori yang menggunakan kemampuan polarisasi (polarizability) yang tinggi , kapasitor film tipis yang menggunakan sifat dielektrik, dan sensor pyroelektrik yang menggunakan perubahan konstanta dielektrik karena suhu dan aktuator piezoelektrik yang menggunakan efek piezoelektrik yaitu timbulnya polarisasi akibat perubahan tekanan. Dalam beberapa tahun terakhir, film tipis ferroelektrik yang tersusun perovskite banyak mendapat perhatian karena memiliki kemungkinan untuk menggantikan memori CMOS berbasis material SiO 2 yang sekarang digunakan sebagai FRAM (Seo et al. 2004 & Dawber et al. 2005). Di antara material film tipis ferroelektrik yang disebutkan di atas, BaxSr1- xTiO3 (BST) banyak digunakan sebagai FRAM karena memiliki konstanta dielektrik yang tinggi dan kapasitas penyimpanan muatan yang tinggi (high charge storage capasity) (Seo et.al 2004). Suatu ferroelektrik RAM, jika bahan itu memiliki nilai polarisasi sekitar 10 µC.cm -2 maka ia mampu menghasilkan muatan sebanyak 1014 elektron per cm-2 untuk proses pembacaan memori (Lines et.al 1977). Selain itu, BST dipilih karena pembuatannya dapat dilakukan di laboratorium dengan peralatan yang sederhana dan belum ada kelompok yang meneliti bahan BST dengan didadah seperti pada penelitian ini secara sistematik. Pada penelitian ini dilakukan pembuatan film tipis BST yang didadah besi oksida (BaFeSrT iO 3 /BFST ) dengan metode chemichal solution deposition (CSD) yang kemudian diuji sifat ferroelektriknya. Tujuan Penelitian Tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Melakukan penumbuhan film BST dan BFST di atas substrat Pt(200)/SiO 2 /Si(100) dan substrat Si (100) tipe-p dengan metode chemichal solution deposition (CSD).
2.
Menguj i dan mempelajari ferroelektrik struktur film dihasilkan.
sifat yang
TINJAUAN PUSTAKA Bahan Ferroelektrik Ferroelektrik adalah gejala terjadinya perubahan polarisasi listrik secara spontan pada material tanpa gangguan medan listrik dari luar. Gejala ini pertama kali ditemukan oleh Valasek pada tahun 1921 dalam garam Rochelle. Ferroelektrik merupakan kelompok material dielektrik dengan polarisasi listrik internal yang lebar, serta mempunyai kemampuan untuk merubah sifat polarisasinya di dalam medan listrik yang sesuai. Material ferroelektrik dicirikan oleh kemampuannya untuk membentuk kurva histerisis yaitu kurva hubungan antara medan listrik dan polarisasi (Xu 1991). Kurva hubungan antara polarisasi listrik (P) dan kuat medan listrik ekternal (E) dit unjukkan pada Gambar 1. Pada daerah E L1, jika kuat medan listrik ditingkatkan maka polarisasi akan meningkat cepat (OA). Namun setelah itu (E > EL1), polarisasinya naik secara perlahan hingga pada akhirnya tidak berubah lagi. Keadaan ini disebut saturasi (A B). Jika kuat medan listrik diturunkan hingga O, polarisasi listriknya tidak akan kembali ke titik O, tetapi cenderung mengikuti garis BC. Ketika medan listrik tereduksi menjadi nol, material akan memiliki polarisasi remanan (Pr) (OC). Untuk menghapus nilai polarisasi dari material dapat dilakukan dengan menggunakan sejumlah medan listrik pada arah yang berlawanan (negatif). Harga medan listrik untuk mereduksi nilai polarisasi menjadi nol disebut medan koersif (Ec). Jika pemberian medan listrik negatif tersebut dilanjutkan hingga –E L1, material akan kembali mengalami saturasi, hanya saja bernilai negatif (EF). Putaran kurva menjadi lengkap jika medan listrik dinaikkan lagi dan pada akhirnya didapatkan kurva hubungan polarisasi (P) dengan medan koersif (Ec ) yang ditunjukkan loop histerisis (Xu 1991).
-EL 1 + EL1
Gambar 1 Kurva histerisis.
Domain Dalam kristal ferroelektrik, terdapat suatu daerah yang memiliki orientasi dipol yang seragam, yang disebut domain. Struktur dan sifat domain memegang peranan penting dalam penentuan sifat bahan ferroelektrik (Xu 1991).
O2 Ba2 + Ti4 +
Polarisasi Saturasi (Ps) Polarisasi saturasi tercapai pada saat seluruh arah orientasi domain searah dengan medan listrik eksternal. Pada keadaan ini nilai polarisasinya tetap walaupun medan listrik eksternal bertambah besar. Gambar 2 Struktur kristal BaTiO3.
Polarisasi Remanen (Pr) Polarisasi remanen adalah nilai polarisasi yang tetap ada pada bahan ferroelektrik walaupun sudah tidak lagi dipengaruhi oleh medan listrik. Medan Koersif (Ec) Medan koersif pada bahan ferroelektrik adalah medan yang diperlukan untuk merubah polarisasinya dari nilai polarisasi remanen menjadi nol (P = 0). Nilai medan koersif dari suatu bahan bergantung dari banyak parameter diantaranya perlakuan suhu dan perlakuan listrik pada bahan. Bahan Barium Titanat (BaTiO3) Barium titanat (BaTiO 3) adalah bahan yang bersifat ferroelektrik dan mempunyai struktur kristal perovskite (ABO 3) yang jauh lebih sederhana bila dibandingkan dengan bahan ferroelektrik yang lain (Yusnafi 2001). Secara umum struktur perovskite dengan bentuk ABO3 ditunjukkan seperti Gambar 2, dimana A dapat merupakan logam monovalen, divalen atau trivalen dan B dapat berupa unsur pentavalen, tetravalen atau trivalen sedangkan O adalah unsur oksigen (Irzaman 2005). Ditinjau dari segi penggunaannya, bahan ini sangat praktis karena sifat kimia dan mekaniknya sangat stabil, mempunyai sifat ferroelektrik pada suhu ruang sampai di atas suhu ruang karena mempunyai suhu Curie (Tc) pada 120 0C (Yusnafi 2001). BaTiO 3 telah digunakan sebagai material kapas itor permisivitas tinggi karena konstanta dielektriknya tinggi. Variasi pada komposisi kimianya menyebabkan perubahan drastis terhadap sifat fisikanya tetapi tidak merubah sifat piezoelektriknya (Aparna et al. 2001).
Bahan Barium Stronsium Titanat (BST) Menurut ICDD (International Center for Diffraction Data), BST memiliki sistem kristal kubik dengan konstanta kisi a = 3,947 Å untuk konsentrasi stronsium 50 % dan a = 3,965 Å untuk konsentrasi stronsium 40 %. Giridharan et.all mendapatkan BST dengan konstanta kisi a = 3,97 Å untuk konsentrasi 30 % stronsium (Giridharan et al. 2001). Suhu Currie barium titanat murni adalah 130 oC dan dengan penambahan stronsium akan menurunkan suhu Currie menjadi suhu kamar yang akan sangat berguna untuk spesifikasi alat tertentu (Aparna et al. 2001). Selain itu, BST juga memiliki konstanta dielektrik yang tinggi (er >> e SiO2) sehingga dapat diaplikasikan untuk kapasitor. Beberapa penelitian juga berpendapat kalau BST memiliki potensi untuk mengganti film tipis SiO 2 pada sirkuit MOS di masa depan. Dari penelitian yang telah dilakukan sampai saat ini, film tipis BST biasanya memiliki konstanta dilektrik yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan bentuk bulknya. Struktur mikro butir yang baik, tingkat tekanan yang tinggi, kekosongan oksigen, formasi lapisan interfacial, dan oksidasi pada bottom electrode atau Si dipercaya menjadi faktor yang menyebabkan penurunan sifat listrik ini (Craciun et al. 2000). BST juga berpotensi untuk diaplikasikan untuk DRAM dan NVRAM karena kebocoran arus yang rendah (low leakage current) dan ketahanan yang kuat (Giridharan et al. 2001). Gambar 3 menunjukkan struktur kristal Bax Sr 1-xTiO 3. Film tipis BST dapat dibuat dengan berbagai teknik di antaranya CSD, sputtering, laser ablasi, MOCVD (Darmasetiawan 2005) dan proses sol gel (Giridharan et al. 2001).
(a)
Ba2+ / Sr2+ Ti4+ O 2-
(b) Gambar 3 Struktur kristal Bax Sr1 -xTiO3 (a) polarisasi ke bawah, (b) polarisasi ke atas.
Bahan Pendadah Penambahan sedikit pendadah dapat menyebabkan perubahan parameter kisi, konstanta dielektrik, sifat elektrokimia, sifat elektrooptik dan sifat pyroelektrik dari keramik dan film tipis (Supriyatman 2004). Bahan pendadah material ferroelektrik dibedakan menjadi dua jenis, yaitu soft dopan dan hard dopan. Ion soft dopan dapat menghasilkan material ferroelektrik menjadi lebih soften , seperti koefisien elastis lebih tinggi, sifat medan koersif yang lebih rendah, faktor kualitas mekanik yang lebih rendah dan kualitas listrik yang lebih rendah. Soft dopan disebut juga dengan istilah donor dopan karena menyumbang valensi yang berlebih pada struktur kristal BST (Uchino 2000 dan Irzaman 2005). Ion hard dopan dapat menghasilkan material ferroelektrik menjadi lebih hardness, seperti loss dielectric yang rendah, bulk resistivitas lebih rendah, sifat medan koersif lebih tinggi, faktor kualitas mekanik lebih tinggi dan faktor kualitas listrik lebih tinggi. Hard dopan disebut juga dengan istilah acceptor dopan karena menerima valensi yang berlebih di dalam struktur kristal BST (Uchino 2000 dan Irzaman 2005).
Besi Oksida (Fe 2 O 3) Material besi oksida (Fe2O 3) merupakan material pendadah ion akseptor (acceptor dopan) Fe3+. Fe2O3 (hematite) memiliki struktur kristal rombohedral dengan konstanta kisi a = 5,0329 ± 0.001 Å dan b = 13,7492 ± 0.001 Å. Rapat jenis F e2O3 adalah 5,24 g/ml dan titik lelehnya adalah 1565 oC (Lide 1962). Fe2O 3 tidak dapat larut dalam air namun dapat larut dalam asam (Lapedes 1978). Penambahan ion dopan Fe3+ akan membentuk ruang kosong di posisi ion O2- (O vacancy di diagonal bidang struktur perovskite BST). Ion dopan Fe3+ memiliki valensi lebih dari 4+, maka kekurangan muatan positif (+) akan terjadi pada struktur perovskite dan terbentuk ruang kosong di posisi ion oksigen sebagai kompensasi untuk menjaga kenetralan muatan (electroneutraly balance). Semakin banyak penambahan ion Fe3+ maka akan mengakibatkan semakin banyak ion oksigen yang terlepas (Uchino 2000 dan Irzaman 2005).
BAHAN DAN METODE Tempat dan Waktu Penelitian Penelitian ini dilakukan di Laboratorium Fisika Material Departemen Fisika IPB dan Laboratorium Fisika Material Jurusan Fisika FMIPA UI Depok dari bulan Juni 2005 sampai dengan bulan Mei 2006. Alat dan Bahan Alat yang digunakan pada percobaan ini adalah timbangan Sartonius Model BL 6100, seperangkat alat reaktor spin coating , gas hidrogen, mortal, pipet, gelas ukur Pyrex 10 ml, tabung reaksi, setrika, pinset, gunting, spatula, stop watch, sarung tangan karet, cawan petri, beaker glass, tissue dan isolasi. Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah bubuk barium asetat [Ba(CH3COO)2, 99%], bubuk strontium asetat [Sr(CH3COO)2, 99%], titanium isopropoksida [Ti(C 12O 4H 28), 99,999%], pelarut 2metoksietanol [H3COCH 2CH2OH, 99%], bubuk besi oksida [Fe2O 3], substrat Pt(200)/SiO 2/Si(100) dan substrat Si (100) tipe-p. Pembuatan Film BST dan BFST 1. Pembuatan Larutan BST dan BFST Larutan BST dibuat dengan menggunakan barium asetat [Ba(CH3COO)2, 99%] + strontium asetat [Sr(CH 3COO)2, 99%] +
titanium isopropoksida [Ti(C 12O4H 28), 99,999%]+ Fe 2O 3 (jika BFST) sebagai precursor dan 2-metoksietanol [H3COOCH2CH 2OH, 99,9%] digunakan sebagai bahan pelarut (Irzaman et al. 2001). Setelah semua bahan dicampur, larutan dikocok selama 1 jam. Larutan yang didapat kemudian ditambahkan asam asetat lalu dikocok kembali selama 30 menit. Larutan kemudian dipanaskan agar bahan-bahannya lebih banyak tercampur. Setelah itu larutan disaring agar didapat larutan yang lebih homogen. 2. Persiapan Substrat Substrat yang digunakan adalah substrat Pt(200)/SiO 2 /Si(100) dan substrat Si (100) tipe-p. Dalam penum buhan film, kebersihan permukaan substrat merupakan syarat mutlak agar film tumbuh baik dan merata. Proses pencucian substrat Pt(200)/SiO 2 /Si(100) dan substrat Si (100) tipe-p yaitu dengan merendam substrat dalam metil alkohol lalu digetarkan dengan ultra sonik selama kira-kira 5 menit (sampai substrat bersih) dan dikeringkan dengan gas nitrogen selama 1 menit (Irzaman 2005). 3. Proses Penumbuhan Film Substrat diletakkan pada reaktor spin coating yang telah ditempel dengan isolasi pada posisi di tengah-t engah, kemudian substrat ditetesi larutan precursor sebanyak 1 tetes dan diputar dengan menggunakan reaktor spin coating dengan kecepatan putaran 3000 rpm selama 30 detik. Proses ini dilakukan sebanyak 5 kali pengulangan agar didapat 5 lapisan pada substrat tersebut . Setelah itu substrat diambil dengan menggunakan pinset dan diletakkan pada permukaan setrika lalu dipanaskan selama 1 jam pada suhu kira-kira 120 oC. 4. Proses Annealing Proses annealing dilakukan dengan menggunakan furnace model Nebertherm Type 27. Sedangkan untuk substrat Pt(200)/SiO 2 /Si(100) dan substrat Si (100) tipe-p, annealing dilakukan pada suhu 900 oC, 950 oC dan 1000 oC. Proses annealing, dilakukan secara bertahap. Awalnya suhu furnace diatur dengan kenaikan suhu 100 oC per jam. Setelah itu, furnace diatur agar dapat menahan suhu annealing selama 15 jam. Selanjutnya dilakukan furnace cooling sampai suhu ruang. Secara umum , proses annealing seperti Gambar 4.
Suhu
15 jam
T ann 100 oC/jam
To
Gambar 4 Proses annealing.
Waktu
Karakterisasi X-Ray Diffraction (XRD) Fungsi XRD adalah untuk menentukan sistem kristal (kubus, tetragonal, ortorombik, rombohedral, heksagonal, monoklin, triklin), menentukan kualitas kristal (single crystal, polysrystal, amorphous), menentukan simetri kristal, menentukan cacat kristal, mencari parameter kristal (parameter kisi, jarak antar atom, jumlah atom per unit sel), identifikasi campuran (misal pada alloy) dan analisis kimia. Semua pengamatan dilakukan dari sudut (2?) 400 sampai 600 dengan kenaikan sudut 0,020 setiap lima detik. Uji Ferroelektrik Tujuan uji ini adalah untuk menentukan sifat ferroelektrik film yang didapat. Dari uji ini diperoleh nilai polarisasi saturasi (P s), polarisasi remanen (Pr) dan medan koersif (Ec) dari film. Dalam uji ini, film tipis dibentuk menjadi struktur seperti pada Gambar 5. Pada penelitian kali ini digunakan alat Radiant Technologi A Charge Ver.2.2. Lapisan alumunium
Lapisan alumunium Bidang Kontak
Bidang Kontak Pt
Substrat
Film BST / BFST
(a)
Lapisan alumunium
Lapisan alumunium
Bidang Kontak
Substrat Si
Bidang Kontak Film BST/ BFST
(b) Gambar 5 Struktur uji ferrolektrik (a) uji ferroelektrik pada subst rat Pt(200)/SiO2 /Si(100), (b) uji ferroelektrik pada substrat Si (100) tipe-p.
HASIL DAN PEMBAHASAN Sampel yang dihasilkan pada penelitian ini dapat dilihat pada Tabel 1. Tabel 1 Sampel yang dibuat dalam penelitian Nama Sampel
Suhu Annealing (o C) 900
Substrat
Pt(200)/SiO2 /Si(100)
950 1000
BST
900 Si (100) tipe-p
950 1000 900
Pt(200)/SiO2 /Si(100)
950 1000
BFST
900 Si (100) tipe -p
950 1000
Hasil Uji XRD Pada penelitian ini, uji XRD dilakukan dengan sudut difraksi (2?) 20o sampai dengan 80o dengan kenaikan sudut 0,02 o. Hasil uji XRD dapat dilihat pada Gambar 6. 1600 1400
Pt
1200
Pada Gambar 6 dapat dilihat bahwa penambahan suhu annealing menyebabkan perbedaan sifat film. Semua sampel yang ditumbuhkan pada substrat Si(100) sudah mengalami kerusakan, seperti pada Gambar 6. Sedangkan tidak semua sampel yang ditumbuhkan pada susbstrat Pt(200)/SiO2/Si(100) mengalami kerusakan. Menurut Adem, Platina (Pt) sangat baik digunakan sebagai bottom electrode untuk piranti film tipis ferroelektrik-dielektrik karena memiliki sifat konduktivitas termal yang tinggi (71,6 Wm-1K-1) stabilitas yang baik dalam suasana oksigen (Adem 2003). Semakin tinggi suhu annealing, sampai batas tertentu, dapat meningkatkan kualitas kristal. Namun suhu annealing yang terlalu tinggi dapat merusak kristal. Hal ini terlihat pada sampel BFST yang ditumbuhkan pada substrat Pt(200)/SiO2/Si(100) sampel telah mengalami kerusakan pada suhu annealing yang semakin tinggi. Penambahan bahan pendadah juga mempengaruhi sampel. Hal ini terlihat pada suhu annealing 1000 oC, untuk substrat Pt(200)/SiO2/Si(100), film tipis BST bersifat kristal sedangkan film tipis BFST mengalami kerusakan. Hasil perhitungan konstanta kisi menunjukkan bahwa semua sampel bersifat tetragonal. Hasil perhitungan konstanta kisi dapat dilihat pada Tabel 2.
Intensitas
1000
Tabel 2 Hasil perhitungan parameter kisi sampel BST dan BFST
600 400
BST (220)
BST (111)
800 BFST-900 BFST-950 BFST-1000 BST-900 BST-1000
Nama sample
200 0 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
2 Theta
(a) 250
200
Intensitas
150
BFST-900 BFST-950 BFST-1000 BST-900
Si
100
BST-1000
50
0 0
10
20
30
40
50
2 Theta
60
70
80
(b) Gambar 6 Grafik XRD BST dan BFST untuk: (a) substrat Pt(200)/SiO2/Si(100) dan (b) substrat Si (100) tipe -p.
90
Parameter kisi (Å) a
c
c/a
Bentuk kristal
BST-Pt-900
3,8469
4,1174
1,0703
tetragonal
BST-Pt-1000
3,8472
4,1137
1,0693
tetragonal rusak
BST-Si-900
-
-
-
BST-Si-1000
-
-
-
rusak
BFST-Pt-900
3,8766
4,1389
1,0677
tetragonal tetragonal
BFST-Pt-950
3.8280
4.0856
1.0673
BFST-Pt-1000
-
-
-
rusak
BFST-Si-900
-
-
-
rusak
BFST-Si-950
-
-
-
rusak
BFST-Si-1000
-
-
-
rusak
Kurva Histerisis BST 1 M Kurva histerisis film BST 1 M pada substrat Pt(200)/SiO 2 /Si(100) hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 7 300
100
-2
0 -8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
9V 10 V
-100
11 V 12 V
-200
-300 -1
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
(a) 300
200
Polarisasi ( µ C.cm - 2)
100
-8
200
100
0
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
-100
9V 10 V 11 V -200
12 V
-300 -1
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
(c) Gambar 7 Kurva histerisis BST 1 M pada substrat Pt(200)/SiO2/Si(100) dengan suhu annealing (a) 900 o C (b) 950 o C (c) 1000 o C.
Dari Gambar 7 dapat dilihat bahwa semakin besar tegangan yang diberikan maka bentuk kurvanya pun akan semakin melebar. Dalam kurva ini, lebar dari kurva menunjukkan kuat medan (kV.cm-2) yang terukur pada sampel. Hal ini karena kenaikan tegangan menyebabkan lebih banyak orientasi domain yang sejajar sehingga kuat medannya pun akan semakin bertambah (Adem 2003). Pada sampel film BST 1 M dengan suhu annealing 950 OC dan 1000 OC, yang diberi tegangan ekternal 12 V, kurva yang terbentuk tidak lagi sempurna. Hal ini menunjukkan bahwa tegangan yang diberikan kepada sampel sudah melewati tegangan jatuh (breakdown voltage) yang menyebabkan sampel sudah tidak lagi berada pada keadaan ferroelektrik melainkan sudah menjadi paraelektrik yaitu keadaan dimana sampel tidak lagi memiliki polarisasi spontan (Adem 2003). Gambar 8 menunjukkan kurva histerisis film yang divariasikan tegangan eksternal dan suhu annealing.
0 -6
-4
-2
0
2
4
-100
6
300
8
9V
200
10 V 11 V -200
12 V
-300 -1
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
(b)
Polarisasi ( µC . c m -2 )
Polarisasi ( µ C.cm )
200
300
Polarisasi ( µ C.cm -2 )
Hasil Uji Ferroelektrik Hasil penelitian menunjukkan bahwa semua sampel yang dibuat, baik itu BST 1 M maupun BFST 1 M 10 %, bersifat ferroelektrik. Hal ini dapat dilihat dari kurva histerisis yang terbentuk dari setiap sampelnya. Perlakuan perbedaan suhu annealing , penambahan bahan pendadah dan perbedaan substrat pun mempengaruhi nilainilai parameter yang didapat dari uji ferroelektrik. Pada penelitian ini uji ferroelektrik dilakukan dengan memberikan variasi tegangan dari 5 V sampai dengan 13 V.
-8
100
0 -4
0
4
5V 9V 13 V
-100
-200
-300 -1
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
(a)
8
Kurva histerisis film BST 1 M pada
300
substrat Si (100) tipe-p hasil penelitian dapat
dilihat pada Gambar 9.
-2
-8
300
100
200
0 -6
-4
-2
0
2
4
6
8
-100
900 950
-200
1000
-300
100
Polarisasi ( µC.cm - 2)
Polarisasi ( µ C.cm )
200
0
-8
-6
-4
-2
0
2
4
-100
8
9V 10 V 11 V 12 V
-1
Kuat Medan Listrik (kV.cm ) -200
(b) Gambar 8 Kurva histerisis BST 1 M pada substrat Pt(200)/SiO2 /Si(100) terhadap variasi (a) tegangan eksternal dan (b) suhu annealing.
6
-300
Kuat Medan Listrik (kV.cm -1)
(a) 300
Polarisasi ( µ C.cm - 2)
200
100
0 -8
-6
-4
-2
0
2
4
6
-100
9V 10 V 11 V
-200
12 V
8
-300
Kuat Medan Listrik (kV.cm -1)
(b) 300
200
100
Polarisasi ( µ C.cm - 2)
Pada tegangan ekternal 5 V, kurva histerisis yang terbentuk belum sempurna. Hal ini disebabkan semua domain belum terorientasi pada arah yang sama dengan medan eksternal. Variasi tegangan ekternal dan suhu annealing sedikit mempengaruhi polarisasi saturasi sampel. Setelah tercapai kondis i jenuh, penambahan tegangan tidak menambah nilai polarisasi saturasi karena pada keadaan ini semua domain telah terorientasi pada arah yang sama (Adem 2003). Setelah keadaan saturasi, pemberian tegangan ekternal yang semakin besar akan menyebabkan sampel kehilangan sifat ferroelektriknya. Nilai polarisasi remanen sangat dipengaruhi oleh suhu annealing. Pada penelitian ini semakin tinggi suhu annealing , maka nilai polarisasi remanennya akan semakin rendah. Nilai polarisasi remanen yang semakin rendah disebabkan grain size yang semakin kecil dan seragam (Adem 2003). Suhu annealing pun menyebabkan perbedaan nilai medan koersif sampel. Menurut Koutsaroff et al., suhu annealing mempengaruhi grain size yang terbentuk pada sampel. Semakin tinggi suhu, maka grain size yang terbentuk pun akan semakin bertambah (Koutsaroff et al. 2002). Di bawah ukuran critical grain size, terjadi transisi struktur domain dari multi-domain menjadi mono domain yang lebih stabil. Jadi untuk reorientasi domain dalam medan listrik eksternal menjadi lebih sulit sehingga meningkatkan medan koersif (Ren et al 1996). Pada sampel BST yang ditumbuhkan pada substrat Pt(200)/SiO2/Si(100), kenaikan suhu annealing menyebabkan grain size semakin kecil (hal ini dapat dilihat dari bentuk puncak hasil XRD) sehingga medan koersif sampel pun menurun.
-8
0 -6
-4
-2
0
2
4
6
8
-100
9V
-200
10 V 11 V 12 V
-300
Kuat Medan Listrik (kV.cm-1)
(c) Gambar 9 Kurva histerisis BST 1 M pada substrat Si(100) tipe-p dengan suhu annealing (a) 900 o C (b) 950 o C (c) 1000 o C.
Dari Gambar 9 dapat dilihat bahwa semakin besar tegangan yang diberikan maka bentuk kurvanya pun akan semakin melebar. Hal ini karena penambahan tegangan menyebabkan semakin banyak domain yang memiliki orientasi yang sama (Adem 2003).
Pada sampel BST 1 M yang ditumbuhkan di substrat Si (100) tipe-p , kenaikan suhu annealing menyebabkan nilai polarisasi remanen dan medan koersif sampel menurun. Hal ini karena kondisi sampel yang sudah mengalami kerusakan. Kurva Histerisis BFS T 1 M Kurva histerisis film B FST 1 M 10 % pada substrat Pt(200)/SiO 2/Si(100) hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 11. 300
300
200
200
100
-2
Polarisasi (µ C.cm )
Polarisasi ( µ C . c m -2 )
Pada sampel film BST 1 M dengan suhu annealing 950 OC dan 1000 OC, pada tegangan ekternal 12 V, kurva yang terbentuk tidak lagi sempurna. Hal ini disebabkan tegangan yang diberikan pada sampel sudah melewati tegangan jatuh (breakdown voltage) sehingga sampel sudah tidak lagi berada pada keadaan ferroelektrik melainkan sudah menjadi paraelektrik. Gambar 10 menunjukkan kurva histrisis film yang divariasikan tegangan eksternal dan suhu annealing.
100
0 -8
-6
-4
-2
-4
0
4
2
4
11 V 12 V
-200
-100
5V 9V
-300
13 V
8
9V 10 V
8
-200
6
-100
0
-8
0
-300
Kuat Medan Listrik (kV.cm- 1)
(a) 300
-1
Kuat Medan Listrik (kV.cm ) 200
(a) Polarisasi (µ C.cm -2 )
300
200
100
-2
Polarisasi ( µ C.cm )
-8
-8
100
0 -6
-4
-2
0
2
4
6
-100
9V 10 V 11 V
0 -6
-4
-2
8
0
2
4
6
-200
8
12 V
-100 -300
Kuat Medan Listrik (kV.cm- 1)
900 950 1000
-200
(b) 300
-300 -1
200
(b) Gambar 10 Kurva histerisis BST 1 M pada substrat Si(100) tipe-p terhadap variasi (a) tegangan eksternal dan (b) suhu annealing.
Polarisasi ( µ C.cm - 2)
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
-8
Pada tegangan ekternal 5 V, belum semua domain terorientasi pada arah yang sama. Hal ini dapat terlihat pada bentuk kurva yang terbent uk. Variasi tegangan ekternal dan suhu annealing sedikit mempengaruhi polarisasi saturasi sampel. Setelah kondisi jenuh, penambahan tegangan ekternal tidak merubah nilai polarisasi saturasi karena semua domain telah terorientasi pada arah yang sama (Adem 2003).
100
0 -6
-4
-2
0
2
4
6
8
-100
-200
9V 10 V 11 V 12 V
-300
Kuat Medan Listrik (kV.cm- 1)
(c) Gambar 11 Kurva histerisis BFST 1 M 10 % pada substrat Pt(200)/SiO2/Si(100) dengan suhu annealing (a) 900 o C (b) 950 o C (c) 1000 o C.
Dari Gambar 11 dapat dilihat bahwa semakin besar tegangan yang diberikan maka bentuk kurvanya pun akan semakin melebar karena semakin banyak domain yang memiliki orientasi yang sama (Adem 2003). Pada sampel film BST 1 M yang didadah dengan Fe2O 3 10 %, dari semua tegangan eksternal yang diberikan (9V - 12V), pada semua suhu annealing sampel masih berada pada keadaan ferroelektrik. Hal ini karena penambahan ion pendadah acceptor dapat menaikan sifat kelistrikan film tipis ferroelektrik (Uchino 2000). Gambar 12 menunjukkan kurva histrisis film yang divariasikan tegangan eksternal dan suhu annealing.
Nilai polarisasi remanen dan medan koersif sampel BSFT dipengaruhi adanya tambahan bahan pendadah besi (Fe, valensi III). Akibat pendadahan Fe terjadi cacat kristal dalam sturktur BFST dan membuat multidomain ”sedikit acak” karena terjadi kekosongan (vacancy) ion O (O2- ) yang akhirnya menyebabkan nilai Ps maupun medan koersif berubah (Uchino 2000). Kurva histerisis film BST 1 M yang didadah Fe2O 3 10 % pada substrat Si(100) tipe-p hasil penelitian dapat dilihat pada Gambar 13. 300
200
300 100
Polarisasi ( µC.cm -2 )
Polarisasi ( µ C.cm -2 )
200
0
-8
100
-6
-4
-2
0
2
4
6
-100
9V 10 V 11 V 12 V
0
-8
-4
0
4
8
8
-200
-100 -300
5V 9V 13 V
-200
-300
Kuat Medan Listrik (kV.cm -1)
(a) 300
-1
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
(a)
200
300
-8
Polarisasi ( µC.cm -2 )
100
0
-8
100
-2
Polarisasi ( µ C.cm )
200
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
-100
9V 10 V 11 V 12 V
0 -6
-4
-2
0
2
4
6
8 -200
-100
-300
900
-200
Kuat Medan Listrik (kV.cm-1)
950 1000
(b) 300
-300 -1
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
Pada tegangan ekternal 5 V, kurva histerisis yang terbentuk belum sempurna karena belum tercapai saturasi. Hal ini disebabkan semua domain belum terorientasi pada arah yang sama dengan medan eksternal. Variasi tegangan ekternal dan suhu annealing sedikit mempengaruhi polarisasi saturasi sampel. Setelah tercapai kondisi saturasi, penambahan tegangan eksternal tidak akan mempengaruhi nilai polarisasi (Adem 2003).
200
Polarisasi (µ C.cm -2)
(b) Gambar 12 Kurva histerisis BFST 1 M 10 % pada substrat Pt(200)/SiO2 /Si(100). terhadap variasi (a) tegangan eksternal dan (b) suhu annealing.
100
0 -8
-6
-4
-2
0
2
-100
-200
4
6
8
9V 10 V 11 V 12 V
-300
Kuat Medan Listrik (kV.cm -1)
(c) Gambar 13 Kurva histerisis BFST 1 M 10 % pada substrat Si(100) tipe-p dengan suhu annealing (a) 900 o C (b) 950 o C (c) 1000 o C.
Dari Gambar 13 dapat dilihat bahwa semakin besar tegangan yang diberikan maka bentuk kurvanya pun akan semakin melebar karena semakin banyak domain yang memiliki orientasi yang sama (Adem 2003). Pada sampel film BFST 1 M dengan suhu annealing 950 OC dan 1000 OC, pada tegangan eksternal 12 V, kurva yang terbentuk tidak lagi sempurna. Hal ini menunjukkan bahwa tegangan yang diberikan kepada sampel sudah melewati tegangan jatuh (breakdown voltage) yang menyebabkan sampel sudah tidak lagi berada pada keadaan ferroelektrik melainkan sudah menjadi paraelektrik yaitu keadaan dimana sampel tidak lagi memiliki polarisasi spontan (Adem 2003). Gambar 14 menunjukkan kurva histrisis film yang divariasikan tegangan eksternal dan suhu annealing.
Variasi tegangan ekternal dan suhu annealing sedikit mempengaruhi polarisasi saturasi sampel. Penambahan tegangan eksternal setelah kondisi saturasi tidak akan mempengaruhi nilai polarisasi (Adem 2003) . Nilai polarisasi remanen dan medan koersif sampel yang ditumbuhkan pada substrat Si(100) tipe-p mengalami penurunan penurunan dengan meningkatnya suhu annealing. Hal ini terjadi karena bentuk sampel y ang semakin rusak. Penambahan bahan pendadah Fe 2O3 pada film BST yang ditumbuhkan pada substrat Si (100) tipe-p tidak dapat terlihat jelas karena sampel sudah mengalami kerusakan.
KESIMPULAN DAN SARAN
(b) Gambar 14 Kurva histerisis BFST 1 M 10 % pada substrat Si(100) tipe -p terhadap variasi (a) tegangan eksternal dan (b) suhu annealing.
Kesimpulan Film BST murni dan dengan bahan pendada h Fe2O3 memiliki sifat ferroelektrik, hal ini terlihat dari kurva histerisis yang dihasilkan berdasrkan uji ferroelektrik. Suhu annealing memberikan pengaruh yang dominan terhadap nilai medan koersif dan polarisasi remanen. Hal ini karena semakin tinggi suhu annealing, semakin besar grain size yang dihasilkan menyebabkan medan koersif dan polarisasi remanennya sampel akan semakin tinggi . Suhu annealing yang terlalu tinggi juga dapat menyebabkan sampel mengalami kerusakan yang mengakibatkan menurunnya nilai medan koersif dan polarisasi remanen sampel. Setelah tercapai kondisi saturasi, pemberian tegangan ekternal yang semakin besar akan menyebabkan hilangnya sifat ferroelektrik sampel. Sampel film yang ditumbuhkan pada substrat Pt(200)/SiO 2/Si(100), penambahan bahan pendadah menyebabkan nilai medan koersif dan tegangan jatuh (breakdwon voltage) film meningkat. Sedangkan untuk substrat Si(100) tipe-p, penambahan bahan pendadah tidak terlihat jelas karena sampel telah mengalami kerusakan. Untuk aplikasi memori, sampel BST 1 M dengan suhu annealing 1000 oC adalah yang paling baik karena memiliki polarisasi remanen yang tinggi dan medan koersif yang rendah.
Pada tegangan ekternal 5 V, kurva histerisis yang terbentuk belum sempurna. Hal ini disebabkan semua domain belum terorientasi pada arah yang sama dengan medan eksternal.
Saran Pada penelitian selanjutnya disarankan untuk melakukan penumbuhan film dengan suhu yang lebih rendah agar mendapatkan hasil film dengan kristalitas yang lebih baik
300
Polarisasi ( µ C.cm -2 )
200
100
0
-8
-4
0
4
8
5V 9V 13 V
-100
-200
-300
-1
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
(a) 300
Polarisasi ( µ C.cm -2 )
200
-8
100
0 -6
-4
-2
0
2
4
6
8
-100
-200
900 950 1000
-300 -1
Kuat Medan Listrik (kV.cm )
DAFTAR PUSTAKA Adem U. 2003. Preparation of BaxSr1-xTiO 3 Thin Films by Chemical Solution Deposition and Their Electrical Characterization [Tesis] Aparna M , Bhimasankaram T, Suryanarayana SV, Prasad G, Kumar GS. 2001. Efect of Lantalum Doping on Electrical and Electromechanical Properties of Ba1-x LaxTiO 3. Bull Mater Sci., Vol 24, No. 5. Page 497-504. Cole MW, Geyer RG. 2004. Novel Tuneable Acceptor Doped BST Thin Film for High Quality Microwaves Devices.Revista Mexicana de Fisica Vol 50(3) Page 232-238. Craciun VJ, Howard M, Lambers ES, Singh RK. 2000. Low Temperature Growth of Barium Stronsium Titanate Films by Ultraviolet-Assisted Pulsed Laser Depoasition. Mat. Res. Soc. Symp. Vol 617. Materials Research Society. Darmasetiawan H. 2005. Optimasi Penumbuhan Film Tipis BaTiO3 yang didadah Indium dan Vanadium (BIVT) serta penerapannya sebagai Sel Surya. IPB. Giridharan NV, et al. 2001. Structural, Mor pholgical and Electrical Studies on Barium Stronsium Titanate Thin Film Prepared by Sol-Gel Technique. Crystal Research Technology Vol 36(1) Page 65-72. Irzaman, Darmasetiawan H, Indro MN, Sukaryo SG, Hikam M, Na Peng Bo, Barmawi M. 2001. Electrical Properties of Crystaline Ba0,5Sr0,5TiO 3 Thin Film. Irzaman. 2005. Studi Lapisan Tipis Pyroelektrik PbZr0,52T i0,48O3 (PZT) yang Didadah Tantalum dan Penerapannya Sebagai Infra Merah [Disertasi]. Koutsaroff et al,. 2002. Dielectric Properti es Of (Ba,Sr)TiO 3 MOD Films Grown on Various Substrates . Procededings of The 13 th IEEE Inmternational Symposium on Aplications of Ferroelectric 2002. Kotecki et al,. 1999. (Ba,Sr)TiO 3 Dielectrics for Future Stacked-Capasitor DRAM . IBM Journal of Research and Development. Volume 43. No 3. Lapedes DN, 1978. McGraw-Hill Dictionary of Scientific and Technical Terms Second Edition. McGraw -Hill Inc. Lide DR. 1962. Handbook of Chemistry and Physics 71 st Edition. Chemichal Rubber Publishing Company. USA
Lines M E, Glass AM. 1977. Principles and Applications of Ferroelectrics and Related Materials. Clarendon Press. Great Britain. Ren et al,. 1996. Size-Related FerroelctricDomain-Structure transition in a polycrystalin PbTio3 Thin Film. Rhysical Review B, Vol 54, No 20, Page 337 -340 Seo JY, Park SW. 2004. Chemical Mechanical Planarization Characteristic of Ferroelectric Film for FRAM Applications . Journal of Korean Physical Society, Vol 45, No. 3, Page 769-772. Supriyatman. 2004. Uji Sifat Listrik struktur Kapasitor Film Tipis Bahan PbZrxT i1- xO3 Doping In2O 3 [Skripsi]. Bogor: Institut Pertanian Bogor. Uchino K. 2000. Ferroelectric Devices. Marcel Dekker, Inc. USA. Xu Y. 1991. Ferroelectric Material and Their Applications . North-Holland. Netherland. Yusnafi. 2001. P embuatan Keramik Barium Titanat Untuk Peralatan Elektronik. Elektro Indonesia Nomor 35 Tahun VI.
LAMPIRAN
Lampiran 1. Diagram Tahap Penelitian
Barium asetat [Ba(CH 3COO)2, 99%]
Strontium asetat [Sr(CH 3COO)2, 99 %]
Titanium isopropoksida [Ti(C12O4H28), 99.999 %]
Bahan pendadah Fe2O3 / Nb2O 5
2-metoksietanol [H3COOCH2CH 2OH, 99.9 %]
Dikocok selama 1 jam Ditambah asam asetat dan dikocok lagi selama 30 menit Dipanaskan Disaring
precursor BST / BFST
Dilakukan spin coating pada 3000 rpm selama 30 detik per lapis pada substrat Si(100) tipe-p, Pt(200)/SiO 2/Si(100) yang berukuran 5mm x 5mm sebanyak 5 kali pelapisan Annealing pada suhu 900 oC, 950 oC dan 1000 oC selama 15 jam pada kondisi udara atmosfer di Furnace Model Nebertherm Type 27 untuk mendapatkan film
Film BST / BFST
Analisis dan karakterisasi : struktur dan kristanilitas film (XRD Diano type 2100E), Uji histerisis dengan ”radian t a charge ” Ver. 2.2
Berhenti
Lampiran 2. Data ICDD (International Centre for Diffraction Data)
Lampiran 3. Perhitungan parameter kisi BST-Pt-900
Lampiran 4. Perhitungan parameter kisi BSTPt-1000
No
2θ
d value
hkl
No
2θ
d value
hkl
1
39.680
2.2696
111
1
39.690
2.2691
111
2
46.140
1.9658
2
46.195
1.9636
3
68.954
1.3601
3
68.990
1.3602
220
1 h 2 + k 2 l2 = + 2 2 d a2 c Untuk 2θ = 68.954
d = 1.3601
220
1 h2 + k 2 l 2 = + 2 2 d a2 c hkl = (220)
Untuk 2θ = 68.990
d = 1.3602
hkl = (220)
1 h2 + k 2 l 2 = + 2 d2 a2 c 2 2 1 h +k = d2 a2
1 h 2 + k 2 l2 = + 2 d2 a2 c 2 2 1 h +k = d2 a2
a = d h2 + k 2
a = d h2 + k 2
a = 1 .3601 2 2 + 2 2 = 1 .3601 8 a = 3 .8469 Å
a = 1. 3602 2 2 + 2 2 = 1.3602 8 a = 3. 8472 Å
2θ = 39.680 d = 2.2696 hkl = (111) 2 2 2 1 h +k l = + 2 d2 a2 c 1 12 + 12 12 = + 2. 2696 2 3. 8469 2 c 2 1 1 2 = − c2 2. 2696 2 3.8469 2 c = 4 .1174 Å Jadi, c = 4 .1174 a 3 .8469 c = 1 .0703 a
2θ = 39.690
d = 2.2691 hkl = (111) 2 2 2 1 h +k l = + 2 d2 a2 c 1 12 + 12 12 = + 2. 26912 3. 8472 2 c 2 1 1 2 = − c2 2 .2691 2 3.8472 2 c = 4 .1137 Å
Jadi, c = 4 .1137 a 3 .8472 c = 1 .0693 a
Lampiran 5. Perhitungan parameter kisi BFST -Pt-900
Lampiran 6. Perhitungan parameter kisi BFSTPt-950
No
2θ
d value
hkl
No
2q
d value
hkl
1
39.395
2.2854
111
1
39.920
2.2565
111
2
45.830
1.9783
2
46.460
1.9530
3
68.390
1.3706
3
69.385
1.3534
220
1 h 2 + k 2 l2 = + 2 2 d a2 c Untuk 2θ = 68.390
d = 1.3706
220
1 h2 + k 2 l 2 = + 2 2 d a2 c hkl = (220)
Untuk 2θ = 6 9.385
d = 1.3534
hkl = (220)
1 h2 + k 2 l 2 = + 2 d2 a2 c 2 2 1 h +k = d2 a2
1 h2 + k 2 l 2 = + 2 d2 a2 c 2 2 1 h +k = d2 a2
a = d h2 + k 2
a = d h2 + k 2
a = 1 .3706 2 2 + 2 2 = 1 .3706 8 a = 3 .8766 Å
a = 1. 3534 22 + 2 2 = 1.3534 8 a = 3. 8280 Å
2θ = 39.395 d = 2.2854 hkl = (111) 2 2 2 1 h +k l = + 2 d2 a2 c 1 12 + 12 12 = + 2. 2854 2 3 .8766 2 c2 1 1 2 = − c2 2 .2854 2 3.8766 2 c = 4.1389 Å Jadi, c = 4.1389 a 3.8766 c = 1.0677 a
2θ = 39.920
d = 2.2565 hkl = (111) 2 2 2 1 h +k l = + 2 d2 a2 c 1 12 + 12 12 = + 2. 2565 2 3.8280 2 c2 1 1 2 = − c2 2 .2565 2 3.8280 2 c = 4 .0856 Å
Jadi, c = 4 .0856 a 3 .8280 c = 1 .0673 a
